Materiał powtórzeniowy do sprawdzianu - kwasy karboksylowe, estry, glicerydy - tłuszcze, mydła + przykładowe zadania z rozwiązaniami I. Kwasy karboksylowe 1. Budowa i klasyfikacja kwasów karboksylowych Kwasy karboksylowe (R - CH; HC - R - CH; Ar - CH), to związki organiczne, których cząsteczki zawierają jedną lub więcej grup karboksylowych (- CH), które nadają tym związkom charakterystyczne właściwości fizyko-chemiczne. Grupa karboksylowa zawiera dwie grupy funkcyjne: karbonylową (ketonową): = C = hydroksylową: - H - C - H atomy C i w grupie karbonylowej są na hybrydyzacji sp 2, tlen ten zwiększa polaryzację wiązana w grupie hydroksylowej - - H, co ułatwia rozpad heterolityczny grupy hydroksylowej (dysocjację) z odszczepieniem kationu H + : - C - H - C - - + H + 2. Klasyfikacja kwasów karboksylowych: Nasycone kwasy alifatyczne C n-1 H (2n-1) - CH H - CH - kwas metanowy (mrówkowy), CH 3 - CH - kwas etanowy (octowy), CH 3 - CH 2 - CH - kwas propanowy (propionowy) CH 3 - CH 2 - CH 2 - CH - kwas butanowy (masłowy), CH 3 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH - kwas pentanowy (walerianowy). Uwaga ; węgiel w grupie karboksylowej należy do głównego łańcucha węglowego i ma przypisany lokant 1. Nienasycone kwasy alifatyczne 3 CH 2 = 2 CH - 1 CH - kwas prop-2-enowy (akrylowy), 4 CH 2 = 3 CH - 2 CH 2-1 CH - kwas but-3-enowy, 4 CH 3 C - 2 CH 2-1 CH - kwas but-3-ynowy 1
Kwasy dikarboksylowe CH CH / CH H 2 C kwas szczawiowy (etanodiowy) \ CH kwas propanodiowy (malonowy) Aromatyczne kwasy karboksylowe CH HC 5 1 CH Kwas benzoesowy (benzenokarboksylowy) 4 2 HC CH Kwas benzeno-1,2,4,5-tetrakarboksylowy 3. Szereg homologiczny alifatycznych (łańcuchowych) nasyconych kwasów Monokarboksylowych Monokarboksylowe nasycone kwasy karboksylowe tworzą szereg homologiczny o ogólnym wzorze C n H 2n+1 - CH (C n-1 H 2n-1 - CH ) Nazwy systematyczne tworzy się dodając do słowa kwas nazwy alkanu o tej samej liczbie at. C z końcówką - owy. Przykładowe zadania: Zad.1. Zapisz wzory grupowe (półstrukturalne) trzech pierwszych homologów kwasów monokarboksylowych nasyconych oraz utwórz dla nich nazwy systematyczne. n = 1; H - CH - kwas metanowy; n = 2; CH 3 - CH - kwas etanowy; n = 3; CH 3 - CH 2 - CH - kwas propanowy. Zad. 2. Ustal wzór rzeczywisty monokarboksylowego kwasu alifatycznego, którego masa molowa cząsteczkowa wynosi 88u. do wzoru ogólnego C n-1 H 2n-1 - CH należy podstawić masy atomowe i obliczyć indeks stechiometryczny n: obliczenie n: (n -1) 12u + (2n - 1) 1u + 12u + 2 16u + 1 u = 88u 12n - 12 +2n - 1 + 45 = 88 14n = 88-32; 14n = 56; n = 4 Wzór grupowy kwas i nazwa systematyczna: CH 3 - CH 2 - CH 2 - CH; kwas butanowy 2
4. Izomeria konstytucyjna - łańcuchowa (szkieletowa) kwasów monokarboksylowych R - grupy węglowodorowe kwasów karboksylowych, tak jak w przypadku alkanów mogą być proste lub rozgałęzione, nazwy tworzy się wg tych samych reguł jak w przypadku izomerów alkanów z tym, że atom węgla w grupie - CH otrzymuje zawsze lokant nr 1 i jest to lokant nadrzędny w stosunku do innych lokantów Przykład: izomery łańcuchowe kwasu butanowego 4 CH 3-3 CH 2-2 CH 2-1 CH; kwas butanowy; 3 CH 3-2 CH - 1 CH; kwas 2-metylopropanowy; CH 3 Przykładowe zadanie: Zad.3. Zapisz wzory grupowe wszystkich możliwych izomerów kwasu pentanowego i utwórz dla nich nazwy systematyczne: 5 CH 3-4 CH 2-3 CH 2-2 CH 2-1 CH - kwas pentanowy (walerianowy). 4 CH 3-3 CH 2-2 CH - 1 CH - kwas 2-metylobutanowy CH 3 4 CH 3-3 CH - 2 CH 2-1 CH - kwas 3-metylobutanowy CH 3 CH 3 3 CH 3-2 C - 1 CH - kwas 2,2-dimetylopropanowy CH 3 5. Właściwości fizyczne kwasów karboksylowych Kwas metanowy, etanowy i propanowy są cieczami o ostrym zapachu, dobrze rozpuszczalne w wodzie, Kwasy od 4 do 9 at. C w cząsteczce są oleistymi cieczami ich rozpuszczalność w wodzie maleje wraz ze wzrostem liczby at. C w cząsteczce, natomiast od 10 at. C są ciałami stałymi, bezwonnymi, nierozpuszczalnymi w wodzie - słabnie oddziaływanie grupy - CH (hydrofilowej) a wzrasta oddziaływanie grupy węglowodorowej (R) - hydrofobowej: R - C - H Grupa hydrofobowa grupa hydrofilowa 3
Wraz ze wzrostem liczby at. C w cząsteczce wzrasta temp. topnienia i wrzenia, temp. są wyższe niż w przypadku odpowiednich węglowodorów, ponieważ kwasy występują w postaci dimerów; - - - - -H \ R - C C - R \ H - - - - - wolne pary elektronowe na atomie, - - - - : wiązanie wodorowe 6. trzymywanie kwasów karboksylowych Utlenianie w obecności katalizatorów odpowiednich węglowodorów: kat. 2CH 4 + 3 2 2 H - CH + 2H 2 Mg/Co/T 2CH 3 - CH 2 - CH 2 - CH 3 + 5 2 4CH 3 - CH + 2H 2 z soli kwasów karboksylowych - kwasy karboksylowe jako słabe kwasy są wypierane z soli przez kwasy mocniejsze: 2CH 3 -CNa + H 2 S 4 2CH 3 - CH + Na 2 S 4 katalityczne ( KMn 4, lub K 2 Cr 2 7 w środowisku H 2 S 4 ), utlenianie alkoholi 1 o, aldehydów, ketonów - CH 3 - CH 2 - H + 2[] CH 3 - CH + H 2 ; CH 3 - CH + [] CH 3 - CH; CH 3 - C - CH 3 + 3[] H-CH + CH 3 - CH (powstaje mieszanina różnych kwasów karboksylowych) produktami utleniania aldehydów w próbie Trommera i Tollensa są również odpowiednie kwasy karboksylowe reakcja alkenów z C i H 2 (g) (R - CH = CH 2 + H 2 + C R - CH 2 - CH 2 - CH kat/t/p CH 3 - CH = CH 2 + C + H 2 CH 3 - CH 2 - CH 2 - CH hydroliza w środowisku kwasowym tłuszczów - otrzymuje się wyższe kwasy karboksylowe. Przykładowe zadanie: Zad.4. Zapisz równania reakcji chemicznych przestawionych na poniższym schemacie, dobierz konieczne substraty i warunki reakcji: A B C D E Eten etan brometan etanol etanal kwas etanowy F 4
kat. A: CH 2 = CH 2 + H 2 CH 3 - CH 3 B: C: D: E: F: uv CH 3 - CH 3 + Br 2 CH 3 - CH 2 - Br + HBr H 2 CH 3 - CH 2 - Br + HBr + NaH CH 3 - CH 2 - H + NaBr Cu/T CH 3 - CH 2 - H + [] CH 3 - CH + H 2 T CH 3 - CH + 2Cu(H) 2 CH 3 - CH + Cu 2 + 2H 2 Mg/T 2CH 3 - CH 3 + 3 2 2CH 3 - CH + 2H 2 7. Właściwości chemiczne kwasów karboksylowych dysocjacja elektrolityczna (jonowa) R - CH + H 2 H 3 + + R-C - δ- _ R H 2 δ+ C R - C + H + H Moc kwasów karboksylowych maleje wraz ze wzrostem długości łańcucha węglowego, w szeregu monokarboksylowych nasyconych alifatycznych kwasów najmocniejszy jest kwas metanowy (mrówkowy), kwas metanowy i etanowy są mocniejsze od kwasu węglowego. reakcja z metalami, tlenkami metali, wodorotlenkami, reakcje podstawiania - powstają odpowiednie sole kwasów karboksylowych: T 2CH 3 - CH + Cu (CH 3 - C) 2 Cu + H 2, (temp.) Etanian (octan) miedzi(ii) 2H-CH + 2Na 2H-CNa + H 2, Metanian (mrówczan) sodu 2CH 3 - CH 2 - CH + K 2 2CH 3 - CH 2 - CK + H 2. Propanian potasu 2CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH + Ca(H) 2 (CH 3 -CH 2 -CH 2 -C) 2 Ca +2H 2 Butanian (maślan) wapnia CH C + Ca Ca + H 2 (szczawian wapnia) CH C 5
ctany i mrówczany są dobrze rozpuszczalne w wodzie, jako sole słabych kwasów i mocnych zasad ulegają hydrolizie anionowej, natomiast szczawiany wapnia i magnezu nie są rozpuszczalne w wodzie. Przykładowe zadania: Zad. 5. Dokończ poniższe równania reakcji lub zapisz, że reakcja nie zachodzi: Kolorem niebieskim zapisano rozwiązania A. CH 3 - CH + H 2 H 3 + + CH 3 - C - B. 2 H - CH + Ca (H-C) 2 Ca + H 2 C. Na 2 C 3 + 2CH 3 - CH 2CH 3 - CNa + C 2 + H 2 D. H - CNa + H 2 C 3 reakcja nie zachodzi E. H - CNa + CH 3 - CH 2 - CH reakcja nie zachodzi F. 2CH 3 - CH + 2Li 2CH 3 - CLi + H 2 G. H - CH + NaH H - CNa + H 2 H. H - CK + HCl H - CH + KCl I. CH 3 -CNa + H - CH H - CNa + CH 3 - CH Zad.6. Dobierz substraty z zapisz równania reakcji otrzymywania octanu (etanianu) sodu czteroma różnymi metodami. Kwas + metal: 2CH 3 - CH + 2NaH 2CH 3 - CNa + H 2 Kwas + tlenek wodorotlenek: CH 3 - CH + NaH CH 3 - CNa + H 2 Kwas + wodorotlenek: 2CH 3 - CH + Na 2 2CH 3 - CNa + H 2 Kwas + sól: 2CH 3 - CH + Na 2 C 3 2CH 3 - CNa + H 2 + C 2 tworzenie bezwodników kwasowych (w obecności substancji silnie odwadniających, np. H 2 S 4 ) CH 3 - C - - H H 2 S 4 CH 3 - C + H 2 CH 3 - C - - H CH 3 - C \\ \\ reakcje w alkoholami i fenolami w obecności H + - reakcje estryfikacji H 2 S 4 CH 3 - C - H + H - - CH 3 CH 3 - C - - CH 3 + H 2 8. Właściwości kwasów kwasu metanowego i etanowego: kwas metanowy jest kwasem najsilniejszym w szeregu homologicznym nasyconych kwasów alifatycznych, 6
cząsteczka kwasu metanowego zawiera grupę aldehydową i w odróżnieniu od pozostałych kwasów karboksylowych daje pozytywną próbę Tollenasa i Trommera, pozostałe właściwości są bardzo do siebie zbliżone: związki palne, bezbarwne ciecze o ostrej charakterystycznej woni, bardzo dobrze rozpuszczalne w wodzie. 9. Aromatyczne kwasy karboksylowe CH CH CH CH CH 2 - CH CH 3 CH 3 CH 3 Kwas fenyloetanowy Kwasy aromatyczne - Benzoesowy, - o-metylobenzoesowy, - m-metylobenzoesowy, - p-metylobenzoesowy kwasy są ciałami stałymi, słabo lub nierozpuszczalnymi w wodzie, kwas benzoesowy dobrze rozpuszcza się w gorącej wodzie, kwasy aromatyczne są kwasami silniejszymi od kwasów alifatycznych, ponieważ w ich cząsteczkach występuje silniejsza polaryzacja wiązania - H w grupie hydroksylowej w wyniku oddziaływania pierścienia π wchodzą w reakcje z metalami, wodorotlenkami i tlenkami metali tworząc odpowiednie sole, reagują z alkoholami tworząc estry, kwas benzoesowy ma właściwości bakteriobójcze, benzoesan sodu jest stosowany do konserwacji przetworów mięsno-warzywnych, jako sól słabego kwasu i silnej zasady ulega hydrolizie anionowej, tworzą bezwodniki, tak jak kwasy alifatyczne: \\ C C \\ \ / H 2 S 4 C - - C -H H - - H 2 Kwas benzoesowy bezwodnik kwasu benzoesowego otrzymywanie kwasu benzoesowgo * katalityczne utlenienie toluenu (metylobenzenu): C 6 H 5 - CH 3 + 2KMn 4 C 6 H 5 -CK + 2Mn 2 + KH + H 2 C 6 H 5 -CK + HCl C 6 H 5 - CH + KCl 7
10. Kwas szczawiowy - kwas etanodiowy (dikarboksylowy) substancja stała, krystaliczna, rozpuszczalna w wodzie, jest kwasem silniejszym niż kwasy monokarboksylowe, otrzymywanie - katalityczne utlenianie glikolu (etano-1,2-diolu) CH 2 - H CH CH + 2[] + 2[] + 2H 2 CH 2 - H CH CH kwas szczawiowy ma zastosowanie do bielenia tkanin, usuwania rdzy, kamienia kotłowego, w przemyśle farbiarskim i skórzanym, przeróbce drewna. 11. Wyższe kwasy karboksylowe: nasycone kwasy karboksylowe C 15 H 31 -CH - palmitynowy (heksadekanowy), C 17 H 35 -CH - stearynowy (oktadekanowy), C 16 H 33 - CH - heptadekanowy. Nienasycone kwasy karboksylowe: C 17 H 33 -CH - oleinowy (cis-oktadec-9-enowy), H H \ / 10 C = 9 C / \ 18 CH 3 - (CH 2 ) 6-11 CH 8 2 CH 2 - (CH 2 ) 6-1 CH C 17 H 31 -CH - linolowy (cis,cis- oktadeka-9,12-dienowy) H H \ / H H 10 C = 9 C \ / / \ 13 C = 12 C - 11 CH 2 8 CH 2 - (CH 2 ) 6-1 CH / 18 CH 3 - (CH 2 ) 3-14 CH 2 C 17 H 29 -CH - linolenowy (cis, cis, cis - 9,12,15-trienowy). Właściwości Kwas stearynowy i palmitynowy - ciała stałe barwy białej, nierozpuszczalne w wodzie, temp topnienia T t > 60 o C, palą się żółtym płomieniem, ulega reakcjom wynikających z występowania grupy karboksylowej i nasyconej grupy węglowodorowej, Kwas oleinowy - oleista ciecz barwy jasnożółtej, palna, T t = 13,4 o C, odbarwia wodę bromową i wodny roztwór KMn 4, ulega reakcjom wynikających z obecności grupy karboksylowej i nienasyconej grupy węglowodorowej (r. addycji - przyłączenia wodoru w obecności katalizatora, addycji halogenów i halogenowodorów). 8
II. Mydła 1. Budowa mydeł Mydła - sole sodowe lub potasowe wyższych kwasów karboksylowych - głównie stearynowego i palmitynowego Mydło sodowe -białe, twarde, rozpuszczalne w wodzie, odczyn wodnego roztworu mydła zasadowy (produkcja mydeł toaletowych) Mydło potasowe - miękkie (maziste) szare, rozpuszczalne w wodzie, odczyn wodnego roztworu zasadowy (produkcja past BHP, środków czyszczących i piorących) Uwaga: mydła metali (Ca, Mg, Al ) są nierozpuszczalne w wodzie, stosowane są do impregnacji przeciwwodnej tkanin oraz produkcji smarów. CH 3 - (CH 2 ) 15 CH 2 - CNa Część niepolarna cząsteczki mydła - hydrofobowa - lipofilowa - z powinowactwem do tłuszczów Część polarna cząsteczki mydła - hydrofilowa - lipofobowa - z powinowactwem do wody 2. Właściwości: Rozpuszczanie w wodzie - dysocjacja elektrolityczna (jonowa) C 17 H 35 CK C 17 H 35 C - + K + C 15 H 31 CNa C 15 H 31 C - + Na + Hydroliza anionowa mydeł C 17 H 35 C - + K + + H 2 C 17 H 35 CH + K + + H - C 17 H 35 C - + H 2 C 17 H 35 CH + H - C 15 H 31 CNa + H 2 C 15 H 31 CH + Na + + H - C 15 H 31 C - + H 2 C 15 H 31 CH + H - Zmiękczanie wody (wytrącania kationów wapnia i magnezu nadającej wodzie twardość) 2C 17 H 35 CK + Ca(HC 3 ) 2 (C 17 H 35 C) 2 Ca + 2KHC 3 2C 17 H 35 C - + 2K + + Ca 2+ + 2HC 3 - (C 17 H 35 C) 2 Ca + 2K + + 2HC 3-2C 17 H 35 C - + Ca 2+ (C 17 H 35 C) 2 Ca bniżanie napięcia powierzchniowego wody. 3. trzymywanie mydeł Hydroliza tłuszczów w środowisku zasadowym (patrz tłuszcze) Reakcja zobojętniania wodnych roztworów zasad wyższymi kwasami karboksylowymi w podwyższonej temp. H 2/T NaH + C 15 H 31 CH C 15 H 31 CNa + H 2 palmitynian sodu H 2/T KH + C 17 H 35 CH C 17 H 35 CK + H 2 stearynian potasu 9
Przykładowe zadanie Zad.7. Zapisz równanie reakcji (cząsteczkowe, jonowe, skrócone) wytrącania z roztworu wodnego kationów magnezu pochodzących z MgCl 2 z użyciem stearynianu potasu 2C 17 H 35 CNa + MgCl 2 (C 17 H 35 C) 2 Mg + 2NaCl 2C 17 H 35 C - + 2Na + + Mg 2+ + 2Cl - (C 17 H 35 C) 2 Mg + 2Na + +2Cl - 2C 17 H 35 C - + Mg 2+ + 2Cl (C 17 H 35 C) 2 Mg Zad.8. blicz, ile gramów kwasu palmitynowego można zobojętnić 50g 40% roztworu NaH. Masy molowe: M NaH = 40g/mol; M kwasu = 256g/mol Zapis równania reakcji i interpretacja: C 15 H 31 CK + NaH C 15 H 31 CNa + H 2 1 mol + 1 mol 1 mol + 1mol 256g + 40g 1 mol + 1mol bliczenie liczby gramów NaH w roztworze 100g roztworu ------------ 40g NaH 50g ------------- x ---------------------------------------------- x = 20g bliczenie liczby gramów kwasu 256g kwasu -------------- 40g NaH x -------------- 20g NaH ---------------------------------------------- x = 128g Zad.9. blicz, ile gramów stearynianu sodu należy użyć aby całkowicie wytrącić kationy wapnia w 3dm 3 wody, w której stężenie kationów wapniowych wynosi 0,005mol/dm 3. Masa molowa mydła: M = 306g/mol Zapis równania reakcji i interpretacja: 2C 17 H 35 CNa + Ca 2+ (C 17 H 35 C) 2 Ca + 2Na + 2mol + 1mol 1 mol + 2 mol 2 306g + 1mol 1mol + 2 mol bliczenie liczby moli kationów Ca 2+ : 1dm 3 -------- 0,005 mola Ca 2+ 3dm 3 -------- x ----------------------------------- x = 0,015mol bliczenie liczby gramów mydła: 612g mydła ------------ 1mol Ca 2+ x ------------ 0,015 mol x = 9,18g -------------------------------------- 10
III. Estry 1. Budowa i nazewnictwo estrów Związki organiczne powstające w reakcji kwasów karboksylowych i alkoholi (również fenoli) o ogólnym wzorze: R 1 - C - - R 2 ; R 1 - C - - Ar \\ \\ Estry powstające z nasyconych alifatycznych kwasów monokarboksylowych karboksylowych i alifatycznych nasyconych alkoholi monohydroksylowych można opisać wzorem sumarycznym C n H 2n 2 Budowa estrów R 1 - C - - R 2 ; R 1 - C - - Ar \\ \\ - / R 1 - C - - - R 2 - - Ar - C \\ \\ reszta alifatyczna kwasu reszta alifatyczna reszta arylowa wiązanie karboksylowego alkoholu fenolu estrowe Nazewnictwo - nazwy systematyczne wywodzi się od kwasu karboksylowego (tak jak w przypadku soli tych kwasów) dodając nazwę grupy alkilowej alkoholu lub arylowej fenolu: Kwas etanowy (octowy)+ metanol etanian (octan) metylu Kwas metanowy (mrówkowy) + fenol metanian (mrówczan) fenylu Kwas benzoesowy + etanol benzoesan etylu 2. Przykładowe estry: H - C - - CH 2 - CH 3 ; mrówczan (metanian) etylu - zapach rumu, CH 3 - C - - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 3 ; etanian (octan) pentylu - zapach gruszek, CH 3 - CH 2 - CH 2 - C - - CH 2 - CH 3 ; butanian (maślan) etylu - zapach ananasów, CH 3 - C - - C 6 H 5 ; etanian (octan) fenylu - zapach jaśminowca, CH 3 - C - - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 3 ; etanian (octan) butylu - zapach bananów CH 3 - C - - CH 2 - CH 3 ; etanian (octan) etylu - zapach zmywacza do paznokci 3. trzymywanie estrów reakcja estryfikacji kwasów karboksylowych z alkoholami reakcja przebiega w obecności kationów wodorowych jako katalizatora [stężony kwas siarkowy(vi) o dodatkowo wiąże powstającą wodę] reakcja przebiega etapowo z udziałem karbokationu jako nietrwałego produktu pośredniego 11
reakcja estryfikacji jest reakcją odwracalną (ester pod wpływem wody ulega hydrolizie na kwas) i alkohol), stan równowagi można przesunąć w kierunku produktu (estru) przez usuwanie produktu z układu lub dodanie jednego z substratów (np. alkoholu) H + CH 3 - CH 2 - C - H + H - - CH 3 CH 3 - CH 2 - C - - CH 3 + H 2 kwas propanowy metanol propanian metylu woda C - H H - CH 2 - CH 3 H + C - - CH 2 - CH 3 + + 2H 2 C - H H - CH 2 - CH 3 C - - CH 2 - CH 3 \\ \\ kwas szczawiowy etanol szczawian etylu woda H + H - C - H + H - C 6 H 5 H - C - - C 6 H 5 + H 2 kwas metanowy fenol metanian fenylu woda Przykładowe zadanie: Zad.10. Kwasy karboksylowe i estry o identycznej liczbie atomów węgla o ogólnym wzorze sumarycznym C n H 2n 2 są wobec siebie izomerami funkcjonalnymi (mają różne grupy funkcyjne: kwasy karboksylowe - grupa karboksylowa, estry - grupa estrowa). Zapisz wzory grupowe trzech różnych estrów będących izomerami kwasu butanowego C 4 H 8 2 i nadaj im nazwy sygmatyczne. Kwas butanowy CH 3 - CH 2 - CH 2 - CH Izomery H - C - - CH 2 - CH 2 - CH 3 ; metanian propylu CH 3 - C - - CH 2 - CH 3 ; etanian etylu CH 3 - CH 2 - C - - CH 3 ; propanian metylu Zad.11. Zapisz wszystkie możliwe wzory grupowe estru o masie cząsteczkowej 74u powstałego w reakcji nasyconego alifatycznego kwasu monokarboksylowego i monohydroksylowego alkanolu. bliczenie wartości n z ogólnego wzoru C n H 2n 2 n 12u + 2n 1u + 2 16u = 74u 14 n = 74-32 = 42 n = 3 Sumaryczny wzór estru: C 3 H 6 2 Izomery estrów: H - C - - CH 2 - CH 3 ; metanian etylu CH 3 - C - - CH 3 ; etanian metylu 12
Zad. 12. Dobierz substraty i warunki reakcji oraz zapisz równanie reakcji prowadzące do otrzymania propanianu etylu. Substraty: kwas propanowy i etanol Równanie reakcji: H + CH 3 - CH 2 - CH + H - CH 2 - CH 3 CH 3 - CH 2 - C - - CH 2 - CH 3 + H 2 4. Właściwości estrów Lotne ciecze (lub ciała stałe - woski - estry wyższych kwasów tłuszczowych i wyższych alkoholi), palne, z reguły o bardzo przyjemnej woni kwiatów lub owoców, z reguły trudno rozpuszczalne w wodzie, wyczuwalne w bardzo małych stężeniach, Hydroliza estrów Hydroliza w środowisku kwasowym alkohol + kwas karboksylowy H + CH 3 - C - - CH 3 + H 2 CH 3 - CH + CH 3 - H ctan metylu kwas octowy + metanol zapach po hydrolizie: wynikający z mieszaniny zapachów kwasu octowego i metanolu, hydroliza odwracalna Hydroliza w środowisku zasadowym alkohol + sól kwasu karboksylowego H 2 CH 3 - C - - CH 3 + NaH CH 3 - CNa + CH 3 - H ctan metylu octan sodu + metanol Zapach po hydrolizie: metanolu, hydroliza nieodwracalna 5. Estry kwasów nieorganicznych - triazotan(v) glicerolu trzymuje się w reakcji glicerolu (propano-1,2,3 -triolu) z mieszaniną nitrującą (HN 3(stęż) + 2H 2 S 4(stęż) N 2 + + 2HS 4 - + H 3 + ) CH 2 - H H - N 2 CH 2 - - N 2 H 2 S 4 CH - H + H - N 2 CH - - N 2 + 3H 2 CH 2 - H H - N 2 CH - - N 2 Właściwości triazotanu(v) glicerolu leista, zółtawa ciecz, wrażliwa na wstrząsy - ulega rozkładowi z wydzielaniem produktów gazowych: H 2, C 2, 2, N 2. Nasączona w/w związkiem ziemia okrzemkowa - to dynamit, jest stosowana również jako lek rozszerzający naczynia krwionośne. 13
Przykładowe zadania. Zad. 13. Stosując wzory grupowe zapisz równania reakcji przemian chemicznych przedstawionych na schemacie, dobierając substrat i warunki reakcji: Etyn A B C eten chloroetan etanol etanian potasu + etanol F etanian etylu D E H etanal kwas etanowy kwas etanowy + etanol G kat. A. CH CH + H 2 CH 2 = CH 2 B. CH 2 = CH 2 + HCl CH 3 - CH 2 - Cl H 2 C. CH 3 - CH 2 - Cl + NaH CH 3 - CH 2 - H + NaCl Hg 2+ /H 2 S 4 izomeryzacja D. CH CH + H 2 CH 2 = CH - H CH 3 - CH T E. CH 3 - CH + 2Cu(H) 2 CH 3 - CH + Cu 2 + 2H 2 H + F. CH 3 - CH + H - CH 2 - CH 3 CH 3 - C - - CH 2 - CH 3 + H 2 H 2 G. CH 3 - C - - CH 2 - CH 3 + KH CH 3 -CK + CH 3 - CH 2 - H H + H. CH 3 - C - - CH 2 - CH 3 + H 2 CH 3 -CH + CH 3 - CH 2 - H IV. Tłuszcze - glicerydy - lipidy 1. Budowa tłuszczów Tłuszcze - estry wyższych kwasów karboksylowych (tłuszczowych) oraz glicerolu ( gliceryny propano-1,2,3-triolu) Kwasy tłuszczowe: Nasycone kwasy tłuszczowe Nienasycone kwasy tłuszczowe C 15 H 31 -CH ; kwas palmitynowy (heksadekanowy), C 17 H 35 -CH ; kwas stearynowy (oktadekanowy), C 16 H 33 - CH ; kwas heptadekanowy. C 17 H 33 -CH; kwas oleinowy (cis-oktadec-9-enowy), C 17 H 31 -CH; kwas linolowy (cis,cis- oktadeka-9,12-dienowy) C 17 H 29 -CH; kwas linolenowy (cis, cis, cis - 9,12,15-trienowy). 14
gólny wzór cząsteczki tłuszczu gólny wzór CH 2 - - C - R 1 CH - - C - R 2 CH 2 - - C - R 3 Wzór grupowy: 2-palmitynino-1,3-distearynianu glicerolu 1 CH 2 - - C - C 17 H 35 2 CH - - C - C 15 H 31 3 CH 2 - - C - C 17 H 35 R 1 = R 2 = R 3 lub R 1 R 2 R 3 - kolor czerwony: reszty kwasów tłuszczowych; - kolor niebieski - reszta glicerolu Kolejność reszt kwasowych połączonych z poszczególnymi lokantami węgla w reszcie glicerolu decyduje o rodzaju tłuszczu - tłuszcze te różnią się właściwościami fizykochemicznymi Przykładowe zadanie Zad.14. Zapisz wzory grupowe wszystkich możliwych cząsteczek tłuszczów wiedząc, że w jego składzie oprócz reszty glicerolu wchodzą reszty następujących kwasów tłuszczowych: stearynowego, palmitynowego i oleinowego. Da cząsteczek utwórz nazwy systematyczne. 3 CH 2 - - C - C 17 H 35 2 CH - - C - C 15 H 31 1 CH 2 - - C - C 17 H 33 3 CH 2 - - C - C 15 H 31 2 CH - - C - C 17 H 35 1 CH 2 - - C - C 17 H 33 3 CH 2 - - C - C 17 H 35 2 CH - - C - C 17 H 33 1 CH 2 - - C - C 15 H 31 1-oleiniano-2-palmityniano- 3-stearynian glicerolu 1-oleiniano-3-palmityniano- 2-stearynian glicerolu 2-oleiniano-1-palmityniano- 3-stearynian glicerolu 15
Zad.15. Ile różnych cząsteczek tłuszczów może powstać, jeżeli w mieszaninie reakcyjnej znajduje się glicerol i kwasy tłuszczowe: A, B i C? A - A - A; B - B - B; C - C - C; A - B - C; A - C - B; B - A - C A - A - B; A - B - A; A - A - C; A - C - A; A - B - B; B - A - B; A - C - C; C - A - C; dp. 20 różnych cząsteczek tłuszczów. B - B - C; B - C - B; C - C - A; C - A - C; C - C - B; C - B - A; 2. Właściwości fizyczne tłuszczów Tłuszcze naturalne są mieszaniną estrów glicerolu i kwasów karboksylowych (różnych tłuszczów) Tłuszcze zwierzęce Tłuszcze roślinne Stan skupienia stały ciekły Wyjątki w ciekłe - tran, stały - masło kakaowe stanie skupienia Ważniejsze tłuszcze Kwasy tłuszczowe masło, smalec, słonina, tran nasycone kwasy tłuszczowe - stearynowy i palmitynowy, w maśle krowim ok. 3% kwas butanowy (masłowy) i palmowe olej rzepakowy, słonecznikowy, sojowy, lniany, olej z oliwek, masło kakaowe, palmowe Nienasycone kwasy tłuszczowe - oleinowy, linolowy, linolenowy Rozpuszczalność nierozpuszczalne w wodzie, rozpuszczają się rozpuszczalnikach organicznych (np. w benzynie) nierozpuszczalne w wodzie, rozpuszczają się rozpuszczalnikach organicznych (np. w benzynie) Gęstość mniejsza od gęstości wody mniejsza od gęstości wody Temp. topnienia Stosunkowo niskie (np. masło 30-36 o C) Niskie 3. Właściwości chemiczne Hydroliza w środowisku kwasowym produktami jest glicerol i kwas(y) karboksylowe: 3 CH 2 - - C - C 17 H 35 H + CH 2 (H) - CH(H) - CH 2 (H) + C 15 H 31 - CH + 2 CH - - C - C 17 H 33 + 3H 2 + C 17 H 33 - CH + C 17 H 35 - CH 1 CH 2 - - C - C 15 H 31 16
Hydroliza w środowisku zasadowym produktami jest glicerol i mydła (zmydlanie tłuszczów) 3 CH 2 - - C - C 17 H 35 H 2 CH 2 (H) - CH(H) - CH 2 (H) + C 15 H 31 - CNa + 2 CH - - C - C 17 H 33 + 3NaH + C 17 H 33 - CNa + C 17 H 35 - CNa 1 CH 2 - - C - C 15 H 31 Reakcja addycji wynikające z nienasyconego charakteru reszty węglowodorowej nienasyconych kwasów tłuszczowych (addycja wodoru w obecności katalizatora Ni lub Pt - reakcja wykorzystywana w produkcji masła roślinnego i margaryn z olejów roślinnych - proces utwardzania), addycja bromu (odbarwianie wody bromowej). Przykładowe zadania Zad.16. Liczba zmydlania - jest to liczba mg KH niezbędna do całkowitego zobojętnia kwasów tłuszczowych po hydrolizie 1g określonego tłuszczu. blicz liczbę mydlenia dla tripalmitynianu glicerolu. Masy molowe: M KH = 56g/mol, M tłuszczu = 806g/mol Równanie reakcji i interpretacja 3 CH 2 - - C - C 15 H 31 H 2 /T 2 CH - - C - C 15 H 31 + 3KH CH 2 (H)-CH(H)-CH 2 (H) + 3C 15 H 31 - CK CH 2 - - C - C 15 H 31 1mol + 3mol 1mol + 3mol 806g + 3 56g 1mol + 3mol bliczenie liczb mg KH 806g ----------------- 168g 1g ---------------- x ---------------------------------- x = 0, 2084g = 208,4mg KH 17
Zad.17. Liczba jodowa - liczba gramów jodu przyłączonego przez 100g tłuszczu w procesie wysycania wiązań podwójnych w resztach kwasowych nienasyconych kwasów karboksylowych w tłuszczu. blicz liczbę jodową dla trilinolianu glicerolu. Masy molowe: MI 2 = 254g/mol; M tłuszczu = 878g/mol Równanie reakcji i interpretacja W 1 molu tłuszczu znajdują się 3 mole reszt kwasu linolowego, w każdym molu reszty znajdują się 2 mole wiązań podwójnych, stąd łącznie 6 moli wiązań podwójnych: 3 CH 2 - - C - C 17 H 31 CH 2 - - C - C 17 H 31 I 4 2 CH - - C - C 17 H 31 + 6I 2 CH - - C - C 17 H 31 I 4 1 CH 2 - - C - C 17 H 31 CH 2 - - C - C 17 H 31 I 4 1 mol + 6 moli 1mol 878g + 6 254g 1mol bliczenie liczby gram jodu 878g ------------ 1524g jodu 100g ------------ x --------------------------------- x = 173,58g jodu Zad. 18. blicz, jaką objętość w warunkach normalnych zajmie wodór niezbędny do całkowitego wysycenia (utwardzenia) 1kg trioleinianu glicerolu. Masa molowa: M tłuszczu = 884g/mol Równanie reakcji i interpretacja ( 3 mole wiązań podwójnych) 3 CH 2 - - C - C 17 H 33 CH 2 - - C - C 17 H 35 Ni 2 CH - - C - C 17 H 33 + 3H 2 CH - - C - C 17 H 35 1 CH 2 - - C - C 17 H 33 CH 2 - - C - C 17 H 35 1 mol + 3 mole 1 mol 884g + 3 22,4dm 3 1 mol 18
bliczenie objętości wodoru 884g ------------- 67,2dm 3 wodoru 1000g ------------- x ------------------------------------------ x = 76,02dm 3 wodoru Zad. 19. blicz, ile gramów mydła sodowego powstanie w reakcji zmydlania 1kg tristearynianu glicerolu. Masy molowe: M tłuszczu = 890g/mol; M mydła = 306g/mol Równanie reakcji i interpretacja 3 CH 2 - - C - C 17 H 35 H 2 /T 2 CH - - C - C 17 H 35 + 3NaH CH 2 (H)-CH(H)-CH 2 (H) + 3C 17 H 35 - CNa CH 2 - - C - C 17 H 35 1 mol + 3 mole 1 mol + 3 mole 890g + 3mole 1mol + 3 306g bliczenie liczby gramów mydła 890g -------------- 918g mydła 1000g -------------- x ---------------------------------------- x = 1031,5g mydła 19